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La biología de agua dulce es el estudio biológico científico de los ecosistemas de agua dulce y es una rama de la limnología . Este campo busca comprender las relaciones entre los organismos vivos en su entorno físico. Estos entornos físicos pueden incluir ríos, lagos, arroyos, estanques, lagos, embalses o humedales. [1] El conocimiento de esta disciplina también se utiliza ampliamente en procesos industriales para hacer uso de procesos biológicos involucrados con el tratamiento de aguas residuales [2] y la purificación del agua . La presencia y el flujo de agua son un aspecto esencial para la distribución de las especies e influyen en cuándo y dónde interactúan las especies en ambientes de agua dulce. [1]
En el Reino Unido, la Asociación de Biología de Agua Dulce con sede cerca de Windermere en Cumbria fue una de las primeras instituciones en investigar la biología del agua dulce y promover los conceptos de trofismo en los lagos y demostró el proceso de migración desde aguas oligotróficas a través de mesotróficas hasta pantanosas . [3]
La biología del agua dulce también se utiliza para estudiar los efectos del cambio climático y el aumento del impacto humano tanto en los sistemas acuáticos como en los ecosistemas más amplios. [4] Los organismos de agua dulce, especialmente los vertebrados, parecen estar en mayor riesgo de extinción debido al cambio climático que los organismos terrestres o marinos. [5]
Los hábitats de agua dulce sustentan una amplia variedad de organismos con hábitats que incluyen ríos, arroyos, lagos, estanques y humedales. [6]
El agua corriente es un tipo de hábitat de agua dulce que se compone principalmente de ríos y arroyos. Las aguas corrientes y en rápido movimiento tienen un mayor contenido de oxígeno, lo que permite que diferentes especies prosperen y hace que la contaminación sea más fácil de combatir. [6] El agua corriente es un sistema abierto, lo que significa que no está aislado e intercambia materia y energía con otros sistemas. [6] Al ser un sistema abierto, gran parte de la materia orgánica que se encuentra en el agua corriente proviene de la escorrentía terrestre o de sedimentos río arriba y esta materia es una fuente importante de alimento para muchas especies. Los cuerpos de agua que fluyen comienzan en las cabeceras, que incluyen manantiales, lagos y deshielo, y viajan hasta sus desembocaduras, generalmente otro canal de agua en movimiento o el océano. [7] Las características de los arroyos y ríos cambian a lo largo de su recorrido desde el nacimiento hasta la desembocadura. Por ejemplo, el agua en la fuente es más clara, tiene un mayor contenido de oxígeno, temperaturas más bajas y especies comunes de heterótrofos. En el medio, la anchura suele ampliarse y la diversidad de especies aumenta debido a los cambios de temperatura y contenido de oxígeno, incluidas las plantas verdes acuáticas y las algas. El agua de la desembocadura tiene menor concentración de oxígeno y es más turbia debido al sedimento que ha sido recolectado y recorrido a lo largo del río o arroyo. Este aumento de sedimento disminuye la cantidad de luz que es capaz de penetrar en el agua y hay menos diversidad de flora y al menor oxígeno disminuye la diversidad de fauna. [7]
La zona ribereña es el área a lo largo de la orilla de un río o arroyo que alberga plantas vitales y de alta humedad. Estas plantas crean una zona de amortiguamiento entre la tierra y el sistema de agua corriente, protegiéndolo de la contaminación y las inundaciones. Además, estas plantas proporcionan un gran hábitat para muchas especies de humedales, muchas de las cuales están en peligro o amenazadas. Por último, las plantas ribereñas protegen el agua de la luz solar, reduciendo el estrés térmico del agua y la vida acuática, al tiempo que proporcionan nutrientes en forma de materia orgánica. [6]
El agua estancada es un tipo de hábitat de agua dulce que se compone principalmente de lagos y estanques. Este hábitat tiene una diversidad de especies limitada porque están aislados unos de otros y de otros sistemas de agua, a diferencia del agua corriente. [7] El agua estancada experimenta el proceso de estratificación, que es cuando el agua se forma en capas debido al contenido de oxígeno. [6] La estratificación no ocurre en el agua corriente debido al rápido movimiento del agua que mezcla agua con diferentes contenidos de oxígeno. La capa superior tiene la mayor cantidad de oxígeno y, a medida que aumenta la profundidad, el oxígeno disminuye. [6] La estratificación se puede sentir físicamente en la temperatura del agua, ya que la capa superior de agua es más cálida que el agua más profunda porque ha sido calentada por el sol.
El agua estancada se puede dividir en tres zonas según la profundidad y la distancia a la costa. La zona litoral es la capa más superficial y la más cálida de los lagos y estanques, ya que la calienta directamente el sol. [7] Esta zona alberga la mayor biodiversidad en aguas estancadas, con una amplia variedad de organismos que se encuentran aquí, vitales para la salud del ecosistema y un aspecto importante de la dieta de los organismos en el hábitat, como algas , plantas acuáticas , almejas , insectos , peces , crustáceos y anfibios . [7] La zona limnética se encuentra debajo de la zona litoral. Esta zona tiene temperaturas más bajas, está bastante bien iluminada y está ocupada por una variedad menor de organismos, incluidos fitoplancton , zooplancton y peces . [7] El plancton que se encuentra en esta zona juega un papel crucial en la red alimentaria del hábitat y sustenta la dieta de muchos organismos importantes. La zona más profunda es la zona profunda , con muy poca luz, temperaturas más frías y mayor densidad que las capas anteriores. [7] Cuando el plancton muere, cae en esta capa y proporciona nutrientes a la fauna que vive en esta capa. Estas faunas se llaman heterótrofas , lo que significa que comen organismos muertos y utilizan oxígeno para la respiración celular, lo que resulta en un menor contenido de oxígeno en la zona profunda. [7]
La termoclina es la zona de transición entre el agua superficial cálida y el agua más profunda a una temperatura más fría. [6] La mezcla y el movimiento limitados del agua que se produce en el agua estancada se produce en la termoclina. La mezcla de las capas de agua en el agua estancada se debe principalmente a cambios estacionales. Durante el otoño y la primavera, hay una mezcla de capas generalmente debido al viento que hace circular el oxígeno y crea una temperatura más uniforme en todo el sistema de agua. [7] La zona costera es la zona de transición entre los sistemas de agua y la tierra, similar a la zona ribereña que se ve en los sistemas de agua corriente. [6] Esta área funciona de manera muy similar a la zona ribereña: las plantas protegen el agua de la contaminación, las inundaciones y el estrés térmico, al mismo tiempo que proporcionan nutrientes y hábitats para especies acuáticas y de humedales.
Los humedales son un tipo específico de hábitats de agua estancada que incluyen marismas, pantanos y turberas. Debido a la naturaleza inundada y sumergida de la tierra, las condiciones anaeróbicas de los humedales son únicas y sustentan la mayor diversidad de especies de todos los ecosistemas. [7] Los humedales retardan la descomposición de la materia orgánica, creando capas de material orgánico rico que proporciona nutrientes importantes para las especies del sistema. La fauna que reside en los humedales se llama hidrófitos, lo que significa que están adaptadas a condiciones muy húmedas y húmedas. [7] Los humedales son el hogar de una gran cantidad de especies de aves, anfibios, insectos, reptiles, pastos y árboles que no pueden habitar en ningún otro sistema, lo que los pone en peligro de extinción, ya que los humedales están siendo destruidos para el desarrollo urbano y la agricultura. [6] Los humedales ayudan a combatir la contaminación y el cambio climático, ya que filtran contaminantes y almacenan una gran cantidad de carbono de la biosfera en su suelo húmedo y aguas tranquilas, a pesar de la pequeña cantidad de tierra que ocupan. Además, los humedales brindan protección contra inundaciones y tormentas, ya que el sistema puede absorber grandes cantidades de exceso de agua. [6] La capacidad de los humedales para absorber agua también ayuda a la recarga de las aguas subterráneas , lo cual es muy importante para el uso humano del agua, ya que las fuentes de agua dulce utilizables están disminuyendo. Los humedales no son sólo hábitats y sistemas de agua dulce, ya que hay marismas y turberas que albergan diferentes especies. [7]
Las bahías de Carolina (también conocidas como pocosins, que significa "pantano en una colina") son una forma única de humedal que se encuentra predominantemente en las Carolinas, y algunos se encuentran fuera de las Carolinas a lo largo de la costa este de los Estados Unidos. [8] Las bahías de Carolina se caracterizan por ser depresiones de forma elíptica que están rodeadas por un borde de arena y tienen un fondo arenoso. [8] Esta depresión pasa por períodos húmedos y secos, llenándose de agua de lluvia durante los meses de invierno y primavera, y secándose en el verano. [8] Las bahías de Carolina a menudo contienen especies raras, algunas endémicas de las bahías. [8]
Los organismos de agua dulce generalmente se dividen en categorías de organismos bentónicos y pelágicos , ya que estas son las dos zonas de vida que se encuentran en el bioma de agua dulce. Los organismos de agua dulce pueden incluir invertebrados , insectos , peces , anfibios , mamíferos , aves , plantas acuáticas y plancton . [7]
Los invertebrados de agua dulce incluyen moluscos , insectos , crustáceos y gusanos de agua dulce . [9] Los invertebrados de agua dulce proporcionan un eslabón importante en las cadenas alimentarias de agua dulce, transportando los nutrientes y la energía desde productores como algas y plantas acuáticas hasta consumidores superiores como peces y anfibios. [9] Además, los invertebrados pueden actuar como importantes bioindicadores para la salud del ecosistema. [9]
Los peces de agua dulce son muy diversos, constan de más de 18.000 especies y representan 1/4 de las especies de vertebrados del mundo. [10] Alrededor de la mitad de las especies de peces viven en ambientes de agua dulce, la otra mitad vive en agua salada . [11] Algunos peces, como el salmón y algunas especies de tiburones, pueden viajar entre los ambientes de agua dulce y salada, uniendo los dos. [11] Estos peces se conocen como peces diádromos, que provienen del griego y significa "correr entre", en referencia a los peces que corren entre agua dulce y agua salada. [12]
Los anfibios, que incluyen ranas , sapos , salamandras y cecilias , son un grupo que existe predominantemente en hábitats de agua dulce. Los anfibios son exotérmicos que poseen piel, lo que significa que dependen del agua para mantenerse hidratados. [13] Los anfibios son Los anfibios pueden actuar como un indicador de la salud ambiental, ya que se ven fácilmente afectados por cambios en el medio ambiente, como la contaminación o el cambio climático. [13]
Las aves acuáticas son un grupo de aves que dependen de hábitats acuáticos para cazar, descansar y, a veces, anidar. [14] Las aves que dependen de hábitats de agua dulce incluyen aves como el martín pescador , los flamencos y varios tipos de aves acuáticas . Muchas especies dependen de las plantas de estos ambientes de agua dulce como material de nidificación, hábitat y alimento. Además, las aves de agua dulce actúan como control de peces e insectos en ambientes de agua dulce. [14]
Las plantas acuáticas actúan de manera muy similar a las plantas terrestres, proporcionando la base para la cadena alimentaria, la eliminación de dióxido de carbono y la producción de oxígeno. Las plantas acuáticas se pueden dividir en 3 categorías: emergentes, sumergibles y flotantes. [15] Las plantas emergentes , como las colas de caballo y las espadañas , tienen sus raíces cerca del borde de los ecosistemas de agua dulce y comúnmente sobresalen del agua. [15] Las plantas sumergibles , como la elodea y la alga , son aquellas que están completamente bajo el agua y pueden tener raíces o no. [15] Las plantas flotantes, como los nenúfares o la lenteja de agua , son plantas que pueden tener o no raíces, pero cuyas hojas flotan hasta la superficie del agua. [15]
La causa más común de contaminación del agua es la escorrentía de aguas pluviales de áreas desarrolladas, como pavimento y tejados. [16] La escorrentía de aguas pluviales mueve lluvia y deshielo que no ha sido absorbido. [16] Las superficies impermeables utilizadas en la construcción doméstica y urbana reemplazan el suelo que solía absorber el agua de lluvia, aumentando la cantidad de escorrentía que viaja distancias más largas. Este exceso de escorrentía puede acumular contaminantes a medida que eventualmente llega a arroyos, ríos, lagos, humedales e incluso acuíferos, contaminando importantes ecosistemas de agua dulce y agua utilizable. [16] Además, el aumento de la escorrentía de aguas pluviales puede provocar un aumento de las inundaciones y la erosión .
Los ríos y arroyos drenan el agua que cae en las tierras altas, y esta agua en movimiento disuelve los contaminantes a un ritmo más rápido que el agua estancada. [16] Sin embargo, debido a la alta producción y colocación de contaminantes en estas aguas en movimiento, las aguas se contaminan más rápido que la tasa de dilución de los contaminantes, lo que lleva a ríos y arroyos sobrecontaminados. Los tres principales contribuyentes a la contaminación (industria, agricultura y ciudades) se encuentran comúnmente a lo largo de aguas en movimiento, lo que aumenta la contaminación excesiva de ríos y arroyos. [16] El solo hecho de saber que las aguas que se mueven rápidamente pueden diluir los contaminantes ha fomentado aún más la contaminación, lo que agrava aún más el problema de la contaminación. Otro problema que contribuye a la destrucción de ríos y arroyos es la alteración física de estas aguas en movimiento, principalmente en forma de represas, desvíos de agua, alteración de canales y desarrollo territorial. [16] Estas alteraciones afectan la temperatura del agua, los patrones de flujo de agua y aumentan los sedimentos, destruyendo condiciones importantes del hábitat para muchos organismos acuáticos y reduciendo la calidad del agua. [dieciséis]
Un área de controversia con respecto a la contaminación de arroyos y ríos es el concepto de que la contaminación río arriba afecta a la gente río abajo. [16] Los desechos de una fábrica aguas arriba pueden contaminar el agua potable de alguien aguas abajo. Esto se convierte especialmente en un problema con masas de agua en movimiento que limitan con varios países o estados, ya que lo que un país o estado hace río arriba puede afectar drásticamente lo que el país o estado río abajo es capaz de hacer. [dieciséis]
Los lagos y estanques experimentan gran parte de la misma contaminación que los ríos y arroyos, pero se contaminan a un ritmo más rápido debido al movimiento más lento del agua, la falta de salidas de agua y la cantidad de agua. [16] El agua estancada circula mucho menos que el agua en movimiento, y las capas de agua más profundas solo se mueven durante los cambios estacionales dos veces al año. [16] Los lagos y estanques son cuencas en las que normalmente fluye agua corriente y se acumula, por lo que los contaminantes también se acumulan sin salida. Los lagos y estanques contienen menos agua que la mayoría de los ríos y arroyos, lo que significa que los lagos y estanques más pequeños se contaminan a un ritmo más rápido.
La eutrofización es el proceso de crecimiento abundante de plantas, una amenaza dominante para las aguas estancadas. [16] Si se dispone de nutrientes químicos para el crecimiento de las plantas acuáticas que antes eran limitados, las poblaciones de plantas aumentarán rápidamente. Este crecimiento excesivo de la población de plantas disminuye el contenido de oxígeno del agua y otras formas de vida acuática se asfixian. Los desechos humanos a menudo contienen estos nutrientes químicos, como el fósforo en los fertilizantes, y en combinación con la mala circulación del agua en aguas estancadas, provocan contaminación y agotamiento de los organismos. [16] Gran parte de los problemas de contaminación que afectan a los estanques y lagos también afectan a los humedales, ya que la circulación del agua en los humedales también es lenta.
El agua superficial es donde se expresa el agua subterránea, siendo los humedales los ejemplos más grandes de nivel freático cerca o en la superficie. El agua que se encuentra en los hábitats de agua dulce es la combinación de flujo superficial, precipitación y expresión de agua subterránea. [16] Esta relación entre las aguas subterráneas y las superficiales significa que la contaminación de las aguas subterráneas también afecta a la contaminación del agua dulce superficial.
Según una encuesta de la Agencia de Protección Ambiental, aproximadamente una cuarta parte del agua subterránea utilizable de los Estados Unidos está contaminada. El agua subterránea es la única fuente de agua potable para aproximadamente la mitad de los Estados Unidos. [17] A medida que las poblaciones humanas aumentan y se industrializan, la demanda de aguas subterráneas aumenta, pero también aumenta la contaminación de las aguas subterráneas. La contaminación de las aguas subterráneas es fácil de conseguir debido a la lenta circulación del agua, incluso más lenta que la de los lagos y estanques. El agua debe navegar a través de pequeños agujeros en la roca del acuífero, moviéndose en promedio sólo un par de pulgadas por día. [16] La tasa de recarga de las aguas subterráneas es el tiempo que tarda el agua subterránea en reponerse y es extremadamente lenta, lo que provoca escasez de agua, ya que los humanos extraen agua de los acuíferos más rápido que la tasa de recarga. [16] Debido a una circulación tan lenta del agua, las aguas subterráneas pueden permanecer contaminadas durante décadas, ya que los procesos naturales de purificación son muy lentos.
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